可再分散性乳膠粉(SWF)是聚合物改性砂漿中的主要組分

探討了SWF的作用機理，研究了SWF摻量對砂漿粘接強度、壓縮強度、彎折強度和抗凍融能力等影響。實驗結果表明，當w(SWF)≥20%時(占干聚合物改性砂漿的質量分數)，其綜合性能得到顯著改善。

0 前言

    可再分散性乳膠粉(SWF)的研究始于1934年德國的聚醋酸乙烯酯(PVAc)類膠粉和二戰期間日本的粉末乳膠，它是由高分子聚合物乳液經噴霧干燥和后續處理等工序制備而成的粉狀熱塑性樹脂，通常為白色粉末。由于其在增加干拌砂漿的內聚力、粘聚力和柔韌性等方面表現出優異的性能，因而在聚合物水泥基、石膏基等建筑材料中得到廣泛應用。SWF的主要品種有均聚物(如VAc類)和共聚物(如VAc/乙烯類、VAc/叔碳酸乙烯酯/丙烯酸類)等，目前應用較廣泛的產品為VAc/乙烯類共聚物，其在全球領域占有領先地位，并代表了SWF的技術特性，也是目前砂漿改性的最佳技術解決方案。

    當前國內對SWF的研發總體上尚處于起步階段。山西三維集團股份有限公司引進國外先進設備，通過自主研發，于2005年已成功推出SWF-01、SWF-04和SWF-05等系列產品，并在工程應用中取得了良好的效果。本研究主要探討了SWF的作用機理及其對砂漿強度和其它力學性能的影響。

1 實驗部分

    1.1實驗原料

    可再分散性乳膠粉(SWF-05)，工業級，山西三維集團股份有限公司；羥丙基甲基纖維素醚(HPMC)，工業級，上海惠廣精細化工有限公司；水泥(42.5#)，工業級，太原獅頭水泥廠；石英砂(40～70目)，工業級，夏縣水頭石英砂廠；重鈣(250目)，工業級，浙江湖州重鈣粉廠。

    1.2實驗儀器

    DY-208型全自動水泥強度試驗機，無錫東儀制造有限公司；LBY-2L型拉撥儀，中國建筑材料檢驗認證中心。

    1.3實驗制備

    1.3.1改性砂漿配方

    以干砂漿粉料的質量分數計，各物料配比為w(HPMC)=0.2%，w(水泥)=30%，w(石英砂)=60%，w(重鈣)=0.5%，SWF摻量如表1所示。

    1.3.2試樣制備

    按照配方稱取各種物料，混合均勻后加入20%的水攪拌3min，靜置10min，繼續攪拌3~5min得到新拌砂漿。在水泥基標準試塊上分別制作40mm×40mm×5mm凸塊試樣6組、40mm×40mm×160mm壓縮強度、彎折強度試樣9組。

    1.4性能測試

    粘接強度、彎折強度、壓縮強度和抗凍融能力，按照DBJ-63-2002標準進行測定。

2 結果與討論

    2.1 SWF及其改性砂漿的特性及作用機理SWF主要由聚合物樹脂、內外添加劑、保護膠體和抗結塊劑等組成。各組分的特性及作用機理為：①聚合物樹脂位于膠粉顆粒的核心部分，也是SWF發揮作用的主要部分；②內添加劑起著改性樹脂的作用(如降低樹脂的成膜溫度等)；③外添加劑是為了進一步拓寬SWF性能而添加的助劑(如在某些助流的膠粉中添加超級減水劑等)；④保護膠體是在SWF顆粒表面包裹的一層親水性物質，絕大多數為聚乙烯醇(PVA)；⑤抗結塊劑是一種細礦物填料，主要作用是防止在儲運過程中膠粉結塊。

    本實驗采用的白色SWF-05，具有較好的流動性、再分散后粒度均勻且分散性良好等特點。該乳膠粉顆粒與水混合后，可以恢復到原始乳液狀態，并保持有機膠粘劑所具有的特性與功能。SWF在砂漿中的作用受水泥水化過程和成膜過程的控制。水泥水化和乳膠粉成膜的復合體系形成過程分四個步驟完成：①當乳膠粉與水泥砂漿攪拌均勻后，再分散后的細小聚合物顆粒可均勻地分散在漿體中。②通過水泥的初期水化逐漸形成水泥凝膠，液相被水化過程中形成的氫氧化鈣所飽和，而聚合物顆粒沉積在水泥凝膠/未水化水泥顆粒混合物的部分表面。③隨著水泥的進一步水化，毛細孔中的水分減少，聚合物顆粒逐漸被限制在毛細孔中，在水泥凝膠/未水化水泥顆粒混合物和骨料表面形成緊密的堆積層。④在水化反應、基層吸收和表面蒸發等作用下，水分進一步減少，已形成的堆積層聚集成為連續薄膜，將水化反應產物粘接在一起形成一個完整的網狀結構。水泥水化和SWF成膜形成的復合體系，其共同作用的結果可使砂漿的性能得到明顯改善。

    2.2 SWF改性砂漿的粘接強度在(23±1)℃、濕度為(50±10)%的標養條件下，SWF摻量對改性砂漿粘接強度的影響如表2所示。

    由表2可知，在砂漿中摻入少量的SWF，可以明顯改善砂漿的粘接強度；當w(SWF)=0.5%時，標養7d的粘接強度比未摻加SWF的空白砂漿標養28d的粘接強度還要高；隨著SWF摻量的增加，粘接強度持續增長，當w(SWF)≥2%時粘接強度的增長幅度較大。

    2.3 SWF改性砂漿的彎折強度和壓縮強度

    表3列出了SWF改性砂漿彎折強度、壓縮強度和壓折比的測試結果。

    由表3可知，改性砂漿的壓縮強度和彎折強度都隨著SWF摻量的增加而增大；摻加了SWF后，改性砂漿的壓折比均有所降低(＜3.0)，即柔韌性均得到明顯改善。這是由于將SWF摻入水泥砂漿中具有一定的減水作用，并且減水率隨著其摻量的增加而增大；另外聚合物與水泥形成的互穿網絡結構，加強了物料之間的粘接，堵塞了砂漿內的部分孔隙。因此，硬化后聚合物改性砂漿的性能得到改善。

    2.4 SWF改性砂漿的抗凍融能力將試樣在(23±1)℃、濕度為(50±10)%的條件下標養14d后，其抗凍融能力的測試結果如表4所示。

    由表4可知，SWF可以顯著改善砂漿的抗凍融能力；隨著SWF摻量的增加，改性砂漿的抗凍融能力逐漸提高。這是由于SWF具有一定的引氣作用，根據相關經驗得知，當w(SWF)=10%時(占聚合物砂漿質量分數)，引氣量為3%。將其摻入體系中可在砂漿中產生適量均勻、穩定而封閉的氣泡，并且這些氣泡可均勻分布在砂漿中。當孔隙內自由水凍結時，氣泡被壓縮，從而明顯減輕了冰凍給孔隙帶來的膨脹壓力；當冰凍自由水融化時這些氣泡可恢復原狀。因此，孔隙內的自由水反復凍融后，不會對孔壁產生很大的壓力。另外，這些氣泡起到了類似滾動的效應，可使混凝土的流動性明顯改善；在水泥等用量不變的情況下，可以彌補部分因引氣作用而導致的強度損失，從而獲得了良好的抗凍融能力。

3 工程應用

    2006年5月在大連蘭天混凝土攪拌站配制SWF-05聚合物改性砂漿，并將其用于哈爾濱市西環高速路面的修補；養護7d后，對修補砂漿進行銑刨、鑿除檢查。結果表明，鑿除的砂漿可粘接舊混凝土；被修復的高速路面，至今工程狀況良好，沒有出現砂漿脫落、裂縫等現象。該修補砂漿的施工配比為m(水泥)∶m(石英砂)∶m(SWF-05)∶m(水)=1∶2∶0.05∶0.4。

4 結論

    (1)由于SWF具有良好的分散性和成膜性，故可明顯改善水泥砂漿的粘接性能。

    (2)在保持砂漿用水量不變的情況下，利用SWF的減水作用，改性砂漿的柔韌性隨著SWF摻量的增加而得到改善。

    (3)利用SWF的引氣作用，可明顯改善水泥砂漿的孔隙結構，并且總孔隙率隨著SWF摻量的增加而提高；由于增加的主要是閉孔結構的、互不相連的微小細孔，故改性砂漿的抗凍融能力明顯提高。

    (4)工程應用實例表明：SWF-05及其改性砂漿的綜合性能良好，可進一步推廣應用。